(57)【要約】  電池セル間の劣化の進行を均一にすることにより、長寿命の電池モジュールを提供することを目的とする。  複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールであって、正極端子及び負極端子を備え、組電池同士は複数の導電板により接続されており、正極端子と負極端子とを結んだ仮想線に近い位置に配置される前記導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が高く、その他の位置に配置される前記導電板の電気抵抗値が低い電池モジュール。
2011092782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールであって、
正極端子及び負極端子を備え、
前記組電池同士は複数の導電板により接続されており、
前記正極端子と前記負極端子とを結んだ仮想線に近い位置に配置される前記導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が高く、その他の位置に配置される前記導電板の電気抵抗値が低いことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が低くなっている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電池セルは筒状電池セルであり、
前記組電池の複数の筒状電池セルの正極は正極集電板で接続され、負極は負極集電板で接続されており、
前記正極端子は前記正極集電板の一つに接続されており、前記負極端子は前記負極集電板の一つに接続されている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記組電池は、複数の前記筒状電池セルが直立した状態で直線状に並べられて並列接続されている請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の充放電電流方向に垂直な断面の断面積が大きい請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記導電板の厚みが同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の上面視形状の面積が大きい請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記導電板の上面視形状の面積が同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の厚みが大きい請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記導電板の形状が同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の固有抵抗値が小さい請求項５に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールに関する。さらに詳しくは、組電池の接続方法を改良した電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、電気機器及び電子機器の駆動電源以外に、輸送機器，工作機器，電力貯蔵機器等の電源として使用され始めている。輸送機器，工作機器，電力貯蔵機器の用途に用いられる電池には、瞬間的又は継続的な高出力が要求される。複数個の電池セルを接続した組電池や、このような組電池をさらに接続した電池モジュールはこのような要求を満たす。【０００３】
例えば、特許文献１は、複数の電池セルを並列接続してリード端子から電力を取り出すようにした組電池を開示している。この組電池においては、温度上昇傾向の大きな電池セルとリード端子との間の接続抵抗を、温度上昇傾向の小さな電池セルとリード端子との間の接続抵抗よりも大きくしている。そして、特許文献１は、複数のセルを並列接続した組電池において、電池セル温度のばらつきを抑えることにより、電池セル間の容量のばらつきを低減することができると述べている。【０００４】
また、特許文献２は、複数の単位電池を接続した電池モジュールを並列に接続した二次電池本体と、各電池モジュールの内部電気抵抗が等しくなるように、各電池モジュールの温度を制御する制御装置と、を備えた二次電池システムを開示する。【０００５】
特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、いずれも、電池セルまたは電池モジュール間において発生する、温度のばらつきを抑制することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１２５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続して組み立てられた電池モジュールにおいては、特定の領域に位置する電池セルが、局所的に温度上昇することにより劣化する。本発明者らはこの現象を次のように理解した。【０００８】
図１３は、複数の筒状電池セル１を７個配列させて並列接続した組電池１０を、６組並べて直列接続した電池モジュール２００の模式斜視図である。組電池１０の各筒状電池セル１の正極（+）同士は正極集電板２１で接続され、負極（-）同士は負極集電板２２で接続されている。そして、組電池１０は、複数の導電板１１１により直列接続されている。正極リード（正極端子）１２が組電池１０ａの近傍の正極集電板２１に接続されており、負極リード（負極端子）１３が組電池１０ｆの近傍の負極集電板２２に接続されている。【０００９】
電池モジュール２００を充放電した場合、充放電電流は、正極リード１２と負極リード１３との最短距離（Ａ側）を優先的に通過しようとする。一方、例えばＢ側のように、正極リード１２と負極端子１３との最短距離から遠い領域には、充放電電流が相対的に流れにくくなる傾向がある。【００１０】
従って、複数の筒状電池セル１のうち、正極リード１２と負極リード１３との最短距離に近い位置にある、例えば、筒状電池セル１ａは、充放電電流が優先的に通過するために局所的に温度が上昇しやすくなる。一方、正極リード１２と負極リード１３との最短距離から遠い、例えば、筒状電池セル１ｇは、充放電電流が相対的に通過しにくいために温度が上昇しにくい。そして、筒状電池セル１ａは、局所的に温度が上昇することにより、相対的に早く劣化する。一方、筒状電池セル１ｇは、温度上昇が比較的起こりにくい。【００１１】
複数の筒状電池セルの間の劣化度に差が生じた場合、劣化した筒状電池セルの電気抵抗が高くなって発生するジュール熱がさらに多くなる。そのために、早期に劣化が始まった筒状電池セルの劣化はますます促進される。電池モジュールの寿命は、複数の筒状電池セルのうちの寿命が短い筒状電池セルに影響される。従って、特定の筒状電池セルが寿命を迎えた場合、他の筒状電池セルが良好な状態であっても電池モジュールが寿命を迎えるという問題があった。【００１２】
本発明は、電池モジュールを構成する電池セル間の劣化の進行のばらつきを抑制することにより、長寿命の電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面は、複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールであって、正極端子及び負極端子を備え、組電池同士は複数の導電板により接続されており、正極端子と負極端子とを結んだ仮想線に近い位置に配置される導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が高く、その他の位置に配置される導電板の電気抵抗値が低い電池モジュールである。
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電池モジュールは電池セル間の劣化の進行が均一化されるために長寿命化される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の電池モジュール１００の斜視模式図である。
【図２】電池モジュール１００の側面模式図である。
【図３】電池モジュール１００の上面模式図である。
【図４】電池モジュール１００の底面模式図である。
【図５】第２実施形態の電池モジュール１１０の斜視模式図である。
【図６】電池モジュール１１０の底面模式図である。
【図７】第３実施形態の電池モジュール１２０の斜視模式図である。
【図８】電池モジュール１２０の底面模式図である。
【図９】第４実施形態の電池モジュール１３０の斜視模式図である。
【図１０】電池モジュール１３０の底面模式図である。
【図１１】第５実施形態の電池モジュール１４０の斜視模式図である。
【図１２】電池モジュール１４０の底面模式図である。
【図１３】電池モジュール２００の斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態である電池モジュール１００の構成を示す斜視模式図である。また、図２は、電池モジュール１００の前面の正面模式図、図３は上面図、図４は底面図である。
【００１７】
電池モジュール１００は、６組の組電池１０（10a,10b,10c,10d,10e,10f）を複数の導電板２（2a,2b,2c）で直列接続した電池モジュールである。
【００１８】
各組電池１０は、正極集電板２１及び負極集電板２２で並列接続された直線状に配置された７個の筒状電池セル１（1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g）からなる。
【００１９】
筒状電池セル１は、長手方向の一方の端部に正極(+)を有し、他方の端部に負極(-)を有する円筒型電池である。組電池１０は７個の筒状電池セル１の正極(+)同士、及び負極(-)同士が同じ側に配置されて、直立した状態で直線状に配列されている。筒状電池セル１をこのように配置することにより電池モジュールのコンパクト化が可能である点から好ましい。直線状に配列された複数の筒状電池セル１はラミネートされたり、枠体に装着されたりすることにより固定されていることが好ましい。
【００２０】
組電池１０の７個の筒状電池セル１の正極(+)同士は正極集電板２１で接続され、負極(-)同士は負極集電板２２で接続されている。接続には、例えば、溶接が用いられる。正極集電板２１及び負極集電板２２は、導電材料から形成されている。導電材料の具体例としては、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料が挙げられる。
【００２１】
筒状電池セル１は、二次電池または一次電池のいずれであってもよい。二次電池の具体例としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、アルカリ二次蓄電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム二次電池等が挙げられる。また、一次電池の具体例としては、マンガン乾電池、アルカリ乾電池、リチウム一次電池、酸化銀電池等が挙げられる。これらの中では、二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が好ましい。
【００２２】
図２に示すように、組電池１０a〜１０fは、正極(+)と負極(-)とを交互に配置されている。これにより、組電池１０a〜１０fを導電板で直列に接続することが容易になる。また、導電板を小型化できる。その結果、電池モジュール１００の外形寸法を小さくできる。これにより、電池モジュール１００を電源として適用できる機器の種類を多様化することができる。
【００２３】
各図において、組電池１０ａの列を第一列目とし、組電池１０ｆの列を第六列目とする。また、筒状電池セル１ａの行を第一行目とし、筒状電池セル１ｇの行を第六行目とする。図１及び図２に示すように、第一列目、第三列目及び第五列目の組電池１０ａ，１０ｃ，１０ｅは、正極集電板２１が上方に位置し、負極集電板２２が下方に位置している。また、第二列目、第四列目及び第六列目の組電池１０ｂ，１０ｄ，１０ｆは、正極集電板２１が下方に位置し、負極集電板２２が上方に位置している。
【００２４】
正極リード（正極端子）１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード（負極端子）１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’ の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００２５】
正極リード１２または負極リード１３は、導電材料から形成されている。導電材料の具体例としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、鉄、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料が挙げられる。
【００２６】
図１〜図４に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板２ａ，２ｂ，２ｃで接続されることにより直列接続されている。導電板は導電材料から形成された金属片である。導電材料の具体例としては、ステンレス鋼、鉄、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅、銅合金、導電性樹脂等が挙げられる。
【００２７】
電池モジュール１００においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる３種類の導電板２ａ，２ｂ，２ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板の上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板２ａが最も小さく、導電板２ｃが最も大きい。これにより、正極集電板２１と負極集電板２２との間の電気抵抗は、導電板２ａを配置した経路で最も大きくなり、導電板２ｃを配置した経路で最も小さくなる。
【００２８】
図１、３、４に示した一点鎖線は正極リード１２と負極リード１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１００において、仮想線に沿った電流経路は、電流の最短経路になる。電池モジュール１００においては、仮想線に近い位置の経路に、正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積が最も小さく、また、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板２ａを配置している。また、仮想線から最も離れた位置の経路に、正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積が最も大きく、また、電流に直行する面の断面積が最も大きな導電板２ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、接触面積及び電流に直行する面の断面積が中間的な、導電板２ｂを配置している。
【００２９】
正極リードから負極リードへ流れる電流はより短い経路に流れやすい。具体的には、電流は、正極リードから負極リードを結ぶ仮想線に近い経路により流れやすい傾向がある。電池モジュール１００においては、仮想線に近い経路に正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積及び直行する面の断面積が最も小さい導電板２ａを配置することにより、仮想線に近い経路の電気抵抗を他の経路の電気抵抗よりも大きくしている。それにより、仮想線に近い経路に電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１００においては、仮想線から遠ざかる経路になるほど、導電板２の接触面積及び電流に直行する面の断面積が大きくなっている。仮想線から遠ざかるほど導電板２の接触面積及び直行する面の断面積を大きくして電気抵抗値を小さくすることにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１００の長寿命化が図られる。
【００３０】
正極集電板２１又は負極集電板２２に導電板２を接続する方法は特に限定されない。具体的には、例えば、溶接、導電性接着剤による接着、ねじ部品等の接合部品による接合等が挙げられる。また、正極集電板２１又は負極集電板２２の表面の所定位置に凹部を形成し、この凹部に導電板２を嵌入して接続しても良い。
【００３１】
電池モジュール１は、通常、樹脂材料、ゴム材料、セラミクス材料、金属材料からなる筐体またはラミネートシートの外装体等に収容されて用いられる。
【００３２】
組電池１０は７個の筒状電池セルからなるが、筒状電池セルの数は７個に限られず、用途に応じて適宜調整してもよい。また、電池モジュール１００は、６組の組電池が直列接続されているが、組電池の数は６組に限られず、用途に応じて適宜調整してもよい。さらに、電池セル１は円筒型の筒状電池セルであるが、形状は特に限定されず、角型電池や扁平状電池を用いてもよい。
【００３３】
また、電池モジュール１００は、組電池１０の正極集電板２１と負極集電板２２とを交互に配置しているが、これに限定されない。例えば、組電池１０の正極集電板２１同士及び負極集電板２２同士をそれぞれ同じ側に配置してもよい。
【００３４】
［第２実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１１０について、図５〜図６を参照して説明する。図５は、電池モジュール１１０の構成を示す斜視模式図である。また、図６は、電池モジュール１１０の底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００３５】
電池モジュール１１０は、正極リード及び負極リードの接続位置を変更し、且つ、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００３６】
電池モジュール１１０においては、正極リード１１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの中央に位置する第四行目の筒状電池セル１ｄの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード１１２から筒状電池セル１ｄまでの電流経路が、正極リード１１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード１１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第４行目の筒状電池セル１ｄ´の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード１１３から筒状電池セル１ｄ´までの電流経路が、負極リード１１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００３７】
図５及び図６に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板３ａ，３ｂで接続されることにより直列接続されている。
【００３８】
電池モジュール１１０においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる２種類の導電板３ａ，３ｂで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板３ａの上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板３ｂよりも小さい。これにより、導電板３ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板３ｂを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００３９】
図５及び図６に示した一点鎖線は正極リード１１２と負極リード１１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１１０は、仮想線に対して対称に、導電板３ａ，３ｂを配置している。仮想線に最も近い経路に、集電板との接触面積が小さく、また、電流に直行する面の断面積が小さい導電板３ａを配置している。また、仮想線から離れた経路に、集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板３ｂを配置している。
【００４０】
電流は、図５及び図６に示す、仮想線に近い経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、導電板３ａを配置することにより仮想線に近い経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１１０においては、仮想線から遠い経路に、導電板３ｂを配置している。仮想線から遠い経路に集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板３ｂを配置することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１１０の長寿命化が図られる。
【００４１】
［第３実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１２０について、図７及び図８を参照して説明する。図７は電池モジュール１２０の斜視模式図であり、図８は底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００４２】
電池モジュール１２０は、正極リード及び負極リードの接続位置を変更し、且つ、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００４３】
電池モジュール１２０においては、正極リード２１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの終端に位置する第七行目の筒状電池セル１ｇの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード２１２から筒状電池セル１ｇまでの電流経路が、正極リード２１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード２１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第１行目の筒状電池セル１ａ´の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード２１３から筒状電池セル１ａ´までの電流経路が、負極リード２１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００４４】
図７及び図８に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板４ａ，４ｂ，４ｃで接続することにより直列接続されている。
【００４５】
電池モジュール１２０においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる３種類の導電板４ａ，４ｂ，４ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板４ａ，４ｂ，４ｃの上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板４ａが最も小さく、導電板４ｃが最も大きい。これにより、導電板４ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板４ｂ，４ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００４６】
図７及び図８に示した一点鎖線は正極リード２１２と負極リード２１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１２０は、仮想線に対して対称に、導電板４ａ，４ｂ，４ｃを配置している。仮想線に最も近い経路に、集電板との接触面積が小さく、また、電流に直行する面の断面積が小さい導電板４ａを配置している。また、仮想線から最も離れた経路に、集電板との接触面積が最も大きく、また、電流に直行する面の断面積が最も大きい導電板４ｃを配置している。また、それらの間には、接触面積及び電流に直行する面の断面積が中間的な導電板４ｂを配置している。
【００４７】
電流は、図７及び図８に示す、仮想線に近い経路により流れやすい。従って、仮想線に対照的に設けられた経路において、仮想線に近い経路に、導電板４ａを配置することにより、この経路の抵抗が他の経路よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１２０においては、仮想線から遠い２つの経路に、導電板４ｃを配置している。仮想線から遠い経路に集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板４ｃを配置することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１２０の長寿命化が図られる。
【００４８】
［第４実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１３０について、図９〜図１０を参照して説明する。図９は電池モジュール１３０の斜視模式図であり、図１０は底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００４９】
電池モジュール１３０は、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００５０】
電池モジュール１３０においては、正極リード３１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード３１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード３１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード３１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード３１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード３１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００５１】
図９及び図１０に示すように、隣り合う組電池は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板５ａ，５ｂ，５ｃで接続することにより直列接続されている。
【００５２】
電池モジュール１３０においては、厚みだけが異なる３種類の導電板５ａ，５ｂ，５ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板５ａ，５ｂ，５ｃは、上面視形状が同じである。また厚みは導電板５ａが最も薄く、導電板５ｃが最も厚い。これにより、導電板５ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板５ｂ，５ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００５３】
図９、図１０に示した一点鎖線は正極リード３１２と負極リード３１３とを通る仮想線である。電池モジュール１３０の電流の最短経路は仮想線上の経路である。電池モジュール１３０においては、仮想線に近い位置の経路に、厚みが最も薄い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板５ａを配置している。また、仮想線から最も離れた位置の経路に、厚みが最も厚い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も大きな導電板５ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、厚みが中間的な導電板５ｂを配置している。
【００５４】
正極リードから負極端子へ流れる電流は最短経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、厚みが最も薄い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板５ａを配置することにより最短経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１３０においては、仮想線から遠ざかるほど、配置される導電板の厚みを大きくしている。仮想線から遠ざかるほど導電板の厚みを大きく形成することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１３０の長寿命化が図られる。
【００５５】
［第５実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１４０について、図１１〜図１２を参照して説明する。図１１は電池モジュール１４０の斜視模式図であり、図１２は電池モジュール１４０の底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００５６】
電池モジュール１４０は、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００５７】
電池モジュール１４０においては、正極リード４１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード４１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード４１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード４１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード４１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード４１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００５８】
図１１及び図１２に示すように、隣り合う組電池は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板６ａ，６ｂ，６ｃで接続することにより直列接続されている。
【００５９】
電池モジュール１４０においては、互いに固有抵抗だけが異なる導電材料から形成された、３種類の導電板６ａ，６ｂ，６ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板６ａ，６ｂ，６ｃは形状が同じであり、固有抵抗値だけが互いに異なる。固有抵抗値は導電板６ａが最も高く、導電板６ｃが最も低い。これにより、導電板６ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板６ｂ，６ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００６０】
図１１、図１２に示した一点鎖線は正極リード４１２と負極リード４１３とを通る仮想線である。電池モジュール１４０の電流の最短経路は仮想線上の経路である。電池モジュール１４０においては、仮想線に近い位置の経路に、固有抵抗値がもっとも高い導電板６ａを配置している。また、仮想線から最も離れた経路に、固有抵抗値がもっとも低い導電板６ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、固有抵抗値が中間的な導電板６ｂを配置している。
【００６１】
正極リードから負極端子へ流れる電流は最短経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、固有抵抗値がもっとも高い導電板６ａを配置することにより、最短経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１４０においては、仮想線から遠ざかるほど、配置される導電板の固有抵抗値が小さくなるように形成されている。仮想線から遠ざかるほど導電板の固有抵抗値を小さくすることにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命が均質化される。その結果、電池モジュール１４０の長寿命化が図られる。
【００６２】
以上本実施形態で説明した電池モジュールは、複数の筒状電池セルに流れる充放電電流が均質化されたものである。その結果、筒状電池セル間の劣化のばらつきが低減されるために、長寿命になる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の電池モジュールは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインＨＥＶ等の輸送機器、電動工具、掃除機、ロボット等の工作機器、電力貯蔵機器等に用いられる。また、本発明の電池モジュールは、電気機器及び電子機器の電源として使用でき、特に、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラ等がある。
【符号の説明】
【００６４】
１（1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g）  筒状電池セル
２（２ａ，２ｂ，２ｃ）  導電板
３（３ａ，３ｂ）        導電板
４（４ａ，４ｂ，４ｃ）  導電板
５（５ａ，５ｂ，５ｃ）  導電板
６（６ａ，６ｂ，６ｃ）  導電板
１１１  導電板
１０（10a,10b,10c,10d,10e,10f）  組電池
１２，１１２，２１２，３１２，４１２  正極リード
１３，１１３，２１３，３１３，４１３  負極リード
２１  正極集電板
２２  負極集電板
１００，１１０，１２０，１３０，１４０，２００  電池モジュール
【図１】
2011092782.tif 000003
【図２】
2011092782.tif 000004
【図３】
2011092782.tif 000005
【図４】
2011092782.tif 000006
【図５】
2011092782.tif 000007
【図６】
2011092782.tif 000008
【図７】
2011092782.tif 000009
【図８】
2011092782.tif 000010
【図９】
2011092782.tif 000011
【図１０】
2011092782.tif 000012
【図１１】
2011092782.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011092782.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールに関する。さらに詳しくは、組電池の接続方法を改良した電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、電気機器及び電子機器の駆動電源以外に、輸送機器，工作機器，電力貯蔵機器等の電源として使用され始めている。輸送機器，工作機器，電力貯蔵機器の用途に用いられる電池には、瞬間的又は継続的な高出力が要求される。複数個の電池セルを接続した組電池や、このような組電池をさらに接続した電池モジュールはこのような要求を満たす。
【０００３】
例えば、特許文献１は、複数の電池セルを並列接続してリード端子から電力を取り出すようにした組電池を開示している。この組電池においては、温度上昇傾向の大きな電池セルとリード端子との間の接続抵抗を、温度上昇傾向の小さな電池セルとリード端子との間の接続抵抗よりも大きくしている。そして、特許文献１は、複数のセルを並列接続した組電池において、電池セル温度のばらつきを抑えることにより、電池セル間の容量のばらつきを低減することができると述べている。
【０００４】
また、特許文献２は、複数の単位電池を接続した電池モジュールを並列に接続した二次電池本体と、各電池モジュールの内部電気抵抗が等しくなるように、各電池モジュールの温度を制御する制御装置と、を備えた二次電池システムを開示する。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、いずれも、電池セルまたは電池モジュール間において発生する、温度のばらつきを抑制することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１２５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続して組み立てられた電池モジュールにおいては、特定の領域に位置する電池セルが、局所的に温度上昇することにより劣化する。本発明者らはこの現象を次のように理解した。
【０００８】
図１３は、複数の筒状電池セル１を７個配列させて並列接続した組電池１０を、６組並べて直列接続した電池モジュール２００の模式斜視図である。組電池１０の各筒状電池セル１の正極（+）同士は正極集電板２１で接続され、負極（-）同士は負極集電板２２で接続されている。そして、組電池１０は、複数の導電板１１１により直列接続されている。正極リード（正極端子）１２が組電池１０ａの近傍の正極集電板２１に接続されており、負極リード（負極端子）１３が組電池１０ｆの近傍の負極集電板２２に接続されている。
【０００９】
電池モジュール２００を充放電した場合、充放電電流は、正極リード１２と負極リード１３との最短距離（Ａ側）を優先的に通過しようとする。一方、例えばＢ側のように、正極リード１２と負極端子１３との最短距離から遠い領域には、充放電電流が相対的に流れにくくなる傾向がある。
【００１０】
従って、複数の筒状電池セル１のうち、正極リード１２と負極リード１３との最短距離に近い位置にある、例えば、筒状電池セル１ａは、充放電電流が優先的に通過するために局所的に温度が上昇しやすくなる。一方、正極リード１２と負極リード１３との最短距離から遠い、例えば、筒状電池セル１ｇは、充放電電流が相対的に通過しにくいために温度が上昇しにくい。そして、筒状電池セル１ａは、局所的に温度が上昇することにより、相対的に早く劣化する。一方、筒状電池セル１ｇは、温度上昇が比較的起こりにくい。
【００１１】
複数の筒状電池セルの間の劣化度に差が生じた場合、劣化した筒状電池セルの電気抵抗が高くなって発生するジュール熱がさらに多くなる。そのために、早期に劣化が始まった筒状電池セルの劣化はますます促進される。電池モジュールの寿命は、複数の筒状電池セルのうちの寿命が短い筒状電池セルに影響される。従って、特定の筒状電池セルが寿命を迎えた場合、他の筒状電池セルが良好な状態であっても電池モジュールが寿命を迎えるという問題があった。
【００１２】
本発明は、電池モジュールを構成する電池セル間の劣化の進行のばらつきを抑制することにより、長寿命の電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面は、複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールであって、正極端子及び負極端子を備え、組電池同士は複数の導電板により接続されており、正極端子と負極端子とを結んだ仮想線に近い位置に配置される導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が高く、その他の位置に配置される導電板の電気抵抗値が低い電池モジュールである。
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電池モジュールは電池セル間の劣化の進行が均一化されるために長寿命化される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の電池モジュール１００の斜視模式図である。
【図２】電池モジュール１００の側面模式図である。
【図３】電池モジュール１００の上面模式図である。
【図４】電池モジュール１００の底面模式図である。
【図５】第２実施形態の電池モジュール１１０の斜視模式図である。
【図６】電池モジュール１１０の底面模式図である。
【図７】第３実施形態の電池モジュール１２０の斜視模式図である。
【図８】電池モジュール１２０の底面模式図である。
【図９】第４実施形態の電池モジュール１３０の斜視模式図である。
【図１０】電池モジュール１３０の底面模式図である。
【図１１】第５実施形態の電池モジュール１４０の斜視模式図である。
【図１２】電池モジュール１４０の底面模式図である。
【図１３】電池モジュール２００の斜視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態である電池モジュール１００の構成を示す斜視模式図である。また、図２は、電池モジュール１００の前面の正面模式図、図３は上面図、図４は底面図である。
【００１７】
電池モジュール１００は、６組の組電池１０（10a,10b,10c,10d,10e,10f）を複数の導電板２（2a,2b,2c）で直列接続した電池モジュールである。
【００１８】
各組電池１０は、正極集電板２１及び負極集電板２２で並列接続された直線状に配置された７個の筒状電池セル１（1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g）からなる。
【００１９】
筒状電池セル１は、長手方向の一方の端部に正極(+)を有し、他方の端部に負極(-)を有する円筒型電池である。組電池１０は７個の筒状電池セル１の正極(+)同士、及び負極(-)同士が同じ側に配置されて、直立した状態で直線状に配列されている。筒状電池セル１をこのように配置することにより電池モジュールのコンパクト化が可能である点から好ましい。直線状に配列された複数の筒状電池セル１はラミネートされたり、枠体に装着されたりすることにより固定されていることが好ましい。
【００２０】
組電池１０の７個の筒状電池セル１の正極(+)同士は正極集電板２１で接続され、負極(-)同士は負極集電板２２で接続されている。接続には、例えば、溶接が用いられる。正極集電板２１及び負極集電板２２は、導電材料から形成されている。導電材料の具体例としては、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料が挙げられる。
【００２１】
筒状電池セル１は、二次電池または一次電池のいずれであってもよい。二次電池の具体例としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、アルカリ二次蓄電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム二次電池等が挙げられる。また、一次電池の具体例としては、マンガン乾電池、アルカリ乾電池、リチウム一次電池、酸化銀電池等が挙げられる。これらの中では、二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が好ましい。
【００２２】
図２に示すように、組電池１０a〜１０fは、正極(+)と負極(-)とを交互に配置されている。これにより、組電池１０a〜１０fを導電板で直列に接続することが容易になる。また、導電板を小型化できる。その結果、電池モジュール１００の外形寸法を小さくできる。これにより、電池モジュール１００を電源として適用できる機器の種類を多様化することができる。
【００２３】
各図において、組電池１０ａの列を第一列目とし、組電池１０ｆの列を第六列目とする。また、筒状電池セル１ａの行を第一行目とし、筒状電池セル１ｇの行を第六行目とする。図１及び図２に示すように、第一列目、第三列目及び第五列目の組電池１０ａ，１０ｃ，１０ｅは、正極集電板２１が上方に位置し、負極集電板２２が下方に位置している。また、第二列目、第四列目及び第六列目の組電池１０ｂ，１０ｄ，１０ｆは、正極集電板２１が下方に位置し、負極集電板２２が上方に位置している。
【００２４】
正極リード（正極端子）１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード（負極端子）１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’ の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００２５】
正極リード１２または負極リード１３は、導電材料から形成されている。導電材料の具体例としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、鉄、ニッケル、銅、銅合金等の金属材料が挙げられる。
【００２６】
図１〜図４に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板２ａ，２ｂ，２ｃで接続されることにより直列接続されている。導電板は導電材料から形成された金属片である。導電材料の具体例としては、ステンレス鋼、鉄、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅、銅合金、導電性樹脂等が挙げられる。
【００２７】
電池モジュール１００においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる３種類の導電板２ａ，２ｂ，２ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板の上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板２ａが最も小さく、導電板２ｃが最も大きい。これにより、正極集電板２１と負極集電板２２との間の電気抵抗は、導電板２ａを配置した経路で最も大きくなり、導電板２ｃを配置した経路で最も小さくなる。
【００２８】
図１、３、４に示した一点鎖線は正極リード１２と負極リード１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１００において、仮想線に沿った電流経路は、電流の最短経路になる。電池モジュール１００においては、仮想線に近い位置の経路に、正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積が最も小さく、また、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板２ａを配置している。また、仮想線から最も離れた位置の経路に、正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積が最も大きく、また、電流に直行する面の断面積が最も大きな導電板２ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、接触面積及び電流に直行する面の断面積が中間的な、導電板２ｂを配置している。
【００２９】
正極リードから負極リードへ流れる電流はより短い経路に流れやすい。具体的には、電流は、正極リードから負極リードを結ぶ仮想線に近い経路により流れやすい傾向がある。電池モジュール１００においては、仮想線に近い経路に正極集電板２１及び負極集電板２２との接触面積及び直行する面の断面積が最も小さい導電板２ａを配置することにより、仮想線に近い経路の電気抵抗を他の経路の電気抵抗よりも大きくしている。それにより、仮想線に近い経路に電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１００においては、仮想線から遠ざかる経路になるほど、導電板２の接触面積及び電流に直行する面の断面積が大きくなっている。仮想線から遠ざかるほど導電板２の接触面積及び直行する面の断面積を大きくして電気抵抗値を小さくすることにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１００の長寿命化が図られる。
【００３０】
正極集電板２１又は負極集電板２２に導電板２を接続する方法は特に限定されない。具体的には、例えば、溶接、導電性接着剤による接着、ねじ部品等の接合部品による接合等が挙げられる。また、正極集電板２１又は負極集電板２２の表面の所定位置に凹部を形成し、この凹部に導電板２を嵌入して接続しても良い。
【００３１】
電池モジュール１は、通常、樹脂材料、ゴム材料、セラミクス材料、金属材料からなる筐体またはラミネートシートの外装体等に収容されて用いられる。
【００３２】
組電池１０は７個の筒状電池セルからなるが、筒状電池セルの数は７個に限られず、用途に応じて適宜調整してもよい。また、電池モジュール１００は、６組の組電池が直列接続されているが、組電池の数は６組に限られず、用途に応じて適宜調整してもよい。さらに、電池セル１は円筒型の筒状電池セルであるが、形状は特に限定されず、角型電池や扁平状電池を用いてもよい。
【００３３】
また、電池モジュール１００は、組電池１０の正極集電板２１と負極集電板２２とを交互に配置しているが、これに限定されない。例えば、組電池１０の正極集電板２１同士及び負極集電板２２同士をそれぞれ同じ側に配置してもよい。
【００３４】
［第２実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１１０について、図５〜図６を参照して説明する。図５は、電池モジュール１１０の構成を示す斜視模式図である。また、図６は、電池モジュール１１０の底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００３５】
電池モジュール１１０は、正極リード及び負極リードの接続位置を変更し、且つ、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００３６】
電池モジュール１１０においては、正極リード１１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの中央に位置する第四行目の筒状電池セル１ｄの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード１１２から筒状電池セル１ｄまでの電流経路が、正極リード１１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード１１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第４行目の筒状電池セル１ｄ´の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード１１３から筒状電池セル１ｄ´までの電流経路が、負極リード１１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００３７】
図５及び図６に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板３ａ，３ｂで接続されることにより直列接続されている。
【００３８】
電池モジュール１１０においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる２種類の導電板３ａ，３ｂで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板３ａの上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板３ｂよりも小さい。これにより、導電板３ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板３ｂを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００３９】
図５及び図６に示した一点鎖線は正極リード１１２と負極リード１１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１１０は、仮想線に対して対称に、導電板３ａ，３ｂを配置している。仮想線に最も近い経路に、集電板との接触面積が小さく、また、電流に直行する面の断面積が小さい導電板３ａを配置している。また、仮想線から離れた経路に、集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板３ｂを配置している。
【００４０】
電流は、図５及び図６に示す、仮想線に近い経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、導電板３ａを配置することにより仮想線に近い経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１１０においては、仮想線から遠い経路に、導電板３ｂを配置している。仮想線から遠い経路に集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板３ｂを配置することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１１０の長寿命化が図られる。
【００４１】
［第３実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１２０について、図７及び図８を参照して説明する。図７は電池モジュール１２０の斜視模式図であり、図８は底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００４２】
電池モジュール１２０は、正極リード及び負極リードの接続位置を変更し、且つ、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００４３】
電池モジュール１２０においては、正極リード２１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの終端に位置する第七行目の筒状電池セル１ｇの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード２１２から筒状電池セル１ｇまでの電流経路が、正極リード２１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード２１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第１行目の筒状電池セル１ａ´の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード２１３から筒状電池セル１ａ´までの電流経路が、負極リード２１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００４４】
図７及び図８に示すように、隣り合う組電池１０は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板４ａ，４ｂ，４ｃで接続することにより直列接続されている。
【００４５】
電池モジュール１２０においては、厚みが同じで、電流方向に垂直な面の幅が異なる３種類の導電板４ａ，４ｂ，４ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板４ａ，４ｂ，４ｃの上面視形状の面積及び電流に直行する面の幅は、導電板４ａが最も小さく、導電板４ｃが最も大きい。これにより、導電板４ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板４ｂ，４ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００４６】
図７及び図８に示した一点鎖線は正極リード２１２と負極リード２１３とを結ぶ仮想線である。電池モジュール１２０は、仮想線に対して対称に、導電板４ａ，４ｂ，４ｃを配置している。仮想線に最も近い経路に、集電板との接触面積が小さく、また、電流に直行する面の断面積が小さい導電板４ａを配置している。また、仮想線から最も離れた経路に、集電板との接触面積が最も大きく、また、電流に直行する面の断面積が最も大きい導電板４ｃを配置している。また、それらの間には、接触面積及び電流に直行する面の断面積が中間的な導電板４ｂを配置している。
【００４７】
電流は、図７及び図８に示す、仮想線に近い経路により流れやすい。従って、仮想線に対照的に設けられた経路において、仮想線に近い経路に、導電板４ａを配置することにより、この経路の抵抗が他の経路よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１２０においては、仮想線から遠い２つの経路に、導電板４ｃを配置している。仮想線から遠い経路に集電板との接触面積が大きく、電流に直行する面の断面積が大きい導電板４ｃを配置することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１２０の長寿命化が図られる。
【００４８】
［第４実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１３０について、図９〜図１０を参照して説明する。図９は電池モジュール１３０の斜視模式図であり、図１０は底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００４９】
電池モジュール１３０は、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００５０】
電池モジュール１３０においては、正極リード３１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード３１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード３１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード３１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード３１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード３１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００５１】
図９及び図１０に示すように、隣り合う組電池は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板５ａ，５ｂ，５ｃで接続することにより直列接続されている。
【００５２】
電池モジュール１３０においては、厚みだけが異なる３種類の導電板５ａ，５ｂ，５ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板５ａ，５ｂ，５ｃは、上面視形状が同じである。また厚みは導電板５ａが最も薄く、導電板５ｃが最も厚い。これにより、導電板５ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板５ｂ，５ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００５３】
図９、図１０に示した一点鎖線は正極リード３１２と負極リード３１３とを通る仮想線である。電池モジュール１３０の電流の最短経路は仮想線上の経路である。電池モジュール１３０においては、仮想線に近い位置の経路に、厚みが最も薄い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板５ａを配置している。また、仮想線から最も離れた位置の経路に、厚みが最も厚い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も大きな導電板５ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、厚みが中間的な導電板５ｂを配置している。
【００５４】
正極リードから負極端子へ流れる電流は最短経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、厚みが最も薄い、すなわち、電流に直行する面の断面積が最も小さな導電板５ａを配置することにより最短経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１３０においては、仮想線から遠ざかるほど、配置される導電板の厚みを大きくしている。仮想線から遠ざかるほど導電板の厚みを大きく形成することにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命のばらつきが抑制される。その結果、電池モジュール１３０の長寿命化が図られる。
【００５５】
［第５実施形態］
本発明に係る電池モジュールの他の形態である電池モジュール１４０について、図１１〜図１２を参照して説明する。図１１は電池モジュール１４０の斜視模式図であり、図１２は電池モジュール１４０の底面模式図である。なお、第１実施形態で図１〜図４で説明した要素と同様の要素については同じ参照符号を用いる。
【００５６】
電池モジュール１４０は、導電板の種類を代えた以外は、電池モジュール１００と同様である。
【００５７】
電池モジュール１４０においては、正極リード４１２は、正極側終端である第一列目の組電池１０ａの第一行目の筒状電池セル１aの近傍で正極集電板２１に接続されている。これにより、正極リード４１２から筒状電池セル１aまでの電流経路が、正極リード４１２から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。また、負極リード４１３は、負極側終端である第六列目の組電池１０ｆの第一行目の筒状電池セル１ａ’の近傍で負極集電板２２に接続されている。これにより、負極リード４１３から筒状電池セル１ａ’までの電流経路が、負極リード４１３から他の筒状電池セルまでの電流経路よりも短くなる。
【００５８】
図１１及び図１２に示すように、隣り合う組電池は、正極集電板２１と負極集電板２２とが複数の導電板６ａ，６ｂ，６ｃで接続することにより直列接続されている。
【００５９】
電池モジュール１４０においては、互いに固有抵抗だけが異なる導電材料から形成された、３種類の導電板６ａ，６ｂ，６ｃで隣り合う正極集電板２１と負極集電板２２とを接続している。導電板６ａ，６ｂ，６ｃは形状が同じであり、固有抵抗値だけが互いに異なる。固有抵抗値は導電板６ａが最も高く、導電板６ｃが最も低い。これにより、導電板６ａを配置した経路の電気抵抗は、導電板６ｂ，６ｃを配置した経路の電気抵抗よりも高くなる。
【００６０】
図１１、図１２に示した一点鎖線は正極リード４１２と負極リード４１３とを通る仮想線である。電池モジュール１４０の電流の最短経路は仮想線上の経路である。電池モジュール１４０においては、仮想線に近い位置の経路に、固有抵抗値がもっとも高い導電板６ａを配置している。また、仮想線から最も離れた経路に、固有抵抗値がもっとも低い導電板６ｃを配置している。また、それらの中間の経路には、固有抵抗値が中間的な導電板６ｂを配置している。
【００６１】
正極リードから負極端子へ流れる電流は最短経路により流れやすい。従って、仮想線に近い経路に、固有抵抗値がもっとも高い導電板６ａを配置することにより、最短経路の電気抵抗が他の経路の電気抵抗よりも大きくなり、電流が流れすぎることが抑制される。また、電池モジュール１４０においては、仮想線から遠ざかるほど、配置される導電板の固有抵抗値が小さくなるように形成されている。仮想線から遠ざかるほど導電板の固有抵抗値を小さくすることにより、電流が流れにくい遠い経路に電流が流れやすくなる。その結果、複数の筒状電池セル１間に流れる電流量が均質化されて、全ての筒状電池セル１に掛かる負担が均質化されて、各筒状電池セル１の寿命が均質化される。その結果、電池モジュール１４０の長寿命化が図られる。
【００６２】
以上本実施形態で説明した電池モジュールは、複数の筒状電池セルに流れる充放電電流が均質化されたものである。その結果、筒状電池セル間の劣化のばらつきが低減されるために、長寿命になる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の電池モジュールは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインＨＥＶ等の輸送機器、電動工具、掃除機、ロボット等の工作機器、電力貯蔵機器等に用いられる。また、本発明の電池モジュールは、電気機器及び電子機器の電源として使用でき、特に、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラ等がある。
【符号の説明】
【００６４】
１（1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g）  筒状電池セル
２（２ａ，２ｂ，２ｃ）  導電板
３（３ａ，３ｂ）        導電板
４（４ａ，４ｂ，４ｃ）  導電板
５（５ａ，５ｂ，５ｃ）  導電板
６（６ａ，６ｂ，６ｃ）  導電板
１１１  導電板
１０（10a,10b,10c,10d,10e,10f）  組電池
１２，１１２，２１２，３１２，４１２  正極リード
１３，１１３，２１３，３１３，４１３  負極リード
２１  正極集電板
２２  負極集電板
１００，１１０，１２０，１３０，１４０，２００  電池モジュール
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池セルを並列接続した複数組の組電池をさらに直列接続した電池モジュールであって、
正極端子及び負極端子を備え、
前記組電池同士は複数の導電板により接続されており、
前記正極端子と前記負極端子とを結んだ仮想線に近い位置に配置される前記導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が高く、その他の位置に配置される前記導電板の電気抵抗値が低いことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の充放電電流方向の電気抵抗値が低くなっている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電池セルは筒状電池セルであり、
前記組電池の複数の筒状電池セルの正極は正極集電板で接続され、負極は負極集電板で接続されており、
前記正極端子は前記正極集電板の一つに接続されており、前記負極端子は前記負極集電板の一つに接続されている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記組電池は、複数の前記筒状電池セルが直立した状態で直線状に並べられて並列接続されている請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の充放電電流方向に垂直な断面の断面積が大きい請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記導電板の厚みが同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の上面視形状の面積が大きい請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記導電板の上面視形状の面積が同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の厚みが大きい請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記導電板の形状が同じであり、
前記仮想線から遠いほど、配置された前記導電板の固有抵抗値が小さい請求項５に記載の電池モジュール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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